燃煤鍋爐直吹式制粉系統(tǒng)風量精確測量研究

李 波，弭尚文，王赫妍，李 忱

（1.國家電投集團東北電力有限公司撫順熱電分公司，遼寧 撫順 113006；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司計量中心，遼寧 沈陽 110168；3.國網(wǎng)沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110400）

直吹式制粉系統(tǒng)磨煤機入口風量過低會導致粉管堵粉或磨煤機堵煤，甚至引起制粉系統(tǒng)爆炸；入口風量過高會導致煤粉濃度降低，致使機組低負荷時燃燒不穩(wěn)定，同時也會導致粉管彎頭嚴重磨損。因此，準確、穩(wěn)定地測量磨煤機一次風量對機組安全、穩(wěn)定運行具有重要意義。但由于空間限制、管道布置不合理等因素影響，無法在冷、熱一次風混合點后的直管段找到合適的測點位置安裝風量測量裝置，致使準確測量磨煤機入口風量一直是一個難點。

1 風量測量情況現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)燃煤鍋爐直吹式制粉系統(tǒng)磨煤機入口風量的測量主要采用防堵性機翼式風量測量裝置、文丘里風量測量裝置、勻速管風量測量裝置、橫截面式側(cè)風裝置和插入式多點勻速風量測量裝置。而以上幾種測量裝置的準確性對測點前后直段長度的要求比較嚴格，防堵性能較差，不能長期穩(wěn)定、準確地測量磨煤機入口的一次風量。而燃煤鍋爐直吹式制粉系統(tǒng)磨煤機入口冷、熱風混合后，風道直管段短，介質(zhì)沒有充分混合，同一截面內(nèi)介質(zhì)的溫度不一樣，而熱式風量測量裝置采用熱傳導測量風溫原理，不能用于測量冷、熱風沒有充分混合的一次風。因此，如何準確測量燃煤鍋爐直吹式制粉系統(tǒng)磨煤機入口風量一直困擾著許多電廠。

2 風量測量系統(tǒng)改造

國家電投集團東北電力有限公司撫順熱電分公司1#機組鍋爐為HG-1035/17.5-HM35型、亞臨界、一次再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型汽包爐，配用帶中速磨煤機的直吹式制粉系統(tǒng)。鍋爐風煙系統(tǒng)的一次風由2臺軸流式一次風機提供，風機出口一次風分為兩路：一路經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱為熱一次風；另一路作為調(diào)溫風（即冷風）。冷、熱風在磨煤機前一次風道混合后，經(jīng)過混合風調(diào)節(jié)擋板進入磨煤機，用于干燥燃煤，保護磨煤機不超溫，輸送合格煤粉到各層燃燒器。磨煤機混合一次風道直管段很短，通流截面很大（截面尺寸為2200mm×1000mm×5mm，長度為2700mm）。由于冷風垂直接入熱風道，造成風道內(nèi)氣流波動大，冷熱風混合不充分，被測一次風含有大量灰塵，撫順熱電分公司使用過多點陣列式、熱線式流量計測量，始終不能穩(wěn)定、準確地測量磨煤機前的一次風量。為了精確測量混合一次風量，撫順熱電分公司2#鍋爐A、C磨煤機前混合一次風道分別安裝一套多點等截面型全截面風量測量系統(tǒng)。

2.1 測量系統(tǒng)性能特點

1）測量裝置傳感器所測介質(zhì)全截面平均動壓與速度符合伯努利方程。質(zhì)量流量數(shù)學模型為

式中，G為質(zhì)量流量；k為流量系數(shù)；A為通流截面面積；Pd為全截面平均動壓；Pa為當?shù)卮髿鈮?；P為測點處的表壓；t為測點處的介質(zhì)溫度。

2）該測量系統(tǒng)測量準確、穩(wěn)定性好。依據(jù)《電站磨煤機及制粉系統(tǒng)性能試驗》DL/T467－2004中規(guī)定的網(wǎng)格法測量風量原理，把大截面風道分成若干相等的小截面，在每個小截面的幾何中心布置一對靠背管型風速測量裝置，把所有靠背管逐級連起來，組成一套全截面風量測量系統(tǒng)，如圖1所示。整套裝置一體化設(shè)計，采用相鄰測點逐級連接方式，減少渦流對測量結(jié)果的影響，降低測量信號波動。

3）長期運行不堵塞。相鄰測點采用雙靠背管對稱布置，靠背管內(nèi)加裝自清灰裝置，該設(shè)計保證靠背管內(nèi)不會存留積灰，如圖2所示。整套測量裝置傳感器一體化設(shè)計，傳感器內(nèi)所有管路都傾斜布置，進入傳感器內(nèi)的灰塵自動從下端測量孔排出，實現(xiàn)自清灰防堵塞功能，長期使用時不需吹掃維護。

圖1 多點等截面型全截面測量系統(tǒng)

圖2 雙靠背管結(jié)構(gòu)布置

2.2 測量裝置的安裝

在水平風道直管段的上壁，且前后比為3∶1的位置開一個槽，將THFL-16型多點等截面型全截面風量測量裝置焊接在風道上壁，在測量裝置頂部引出兩對取壓管，每套測量裝置連接2臺可輸出4～20 mA差壓信號并接入機組DCS的差壓變送器，如圖3所示。在DCS內(nèi)根據(jù)數(shù)學模型組態(tài)計算出所測一次風流量，取二者的平均值作為測量結(jié)果。

圖3 多點等截面風量測量裝置

2.3 冷態(tài)標定試驗

撫順熱電公司和遼寧中電投電站燃燒工程技術(shù)研究中心有限公司對改造后混合一次風測量裝置進行冷態(tài)標定試驗，標定試驗按照《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》GB10184-2015進行，標定儀器采用經(jīng)過標準皮托管標定過的S型皮托管。

由于磨煤機入口處總風量標定試驗測點位置距離冷、熱風混合點較近，且受到多點等截面型風量測量裝置的影響較大，不符合測試條件。因此，在磨煤機出口的4根一次風管道測量一次風速，計算磨煤機出口總風量，再減去密封風量即可作為磨煤機入口的實際總風量，并將其與表盤顯示的磨煤機入口總風量進行比較，計算出標定系數(shù)并繪制曲線。由于密封風管道上無風量測孔，密封風量按照設(shè)計值選取為3.29 t/h。

磨煤機出口一次風管道風速測量采用等截面積法，每個截面取6個點，計算管道平均風速，根據(jù)管道截面積、一次風溫度和管道靜壓進行修正，得出每根風管的風量，4根風管風量相加得出磨煤機出口的總一次風量。

1）A磨煤機入口總風量標定試驗選擇4個工況，試驗數(shù)據(jù)如表1所示，表盤顯示值與實測風量比較曲線如圖4所示，標定系數(shù)的平均值為1.030 7，從圖4可以看出表盤顯示風量的線性較好。

圖4 A磨煤機一次風量表盤值與實測值比較曲線

表1 A磨煤機入口總風量標定試驗結(jié)果

2）C磨煤機入口風量標定試驗選擇3個工況，試驗數(shù)據(jù)如表2所示，表盤顯示值與實測風量比較曲線如圖5所示，標定系數(shù)的平均值為0.793 9。從圖5可以看出表盤顯示風量的線性較好。

表2 C磨煤機入口總風量標定試驗結(jié)果

圖5 C磨煤機一次量表盤值與實測值比較曲線

2.4 誤差分析

從A、C磨入口一次風量測量標定結(jié)果來看，A磨入口一次風量測量準確，C磨入口一次風量測量誤差較大，造成標定結(jié)果與測量裝置表示值誤差較大的主要原因如下：

1）初始流速系數(shù)的設(shè)定。初始流速系數(shù)是由測量裝置特性和風道特性確定的，初始設(shè)定為1，根據(jù)經(jīng)驗估算，可以由標定系數(shù)修正。

2）所測截面通流面積變化。磨煤機入口一次風含有大量的灰塵，測量裝置安裝在水平風道上，水平風道會積灰，積灰程度根據(jù)風道布置情況而變化，風道積灰達到一定厚度會穩(wěn)定。

3）標定點所在截面通流面積變化。標定孔在磨煤機出口的垂直風管上，不會產(chǎn)生積灰，所以標定結(jié)果是準確的。

由以上原因分析可知，C磨煤機入口一次風道積灰嚴重，造成測量結(jié)果誤差大。經(jīng)過此次標定試驗，A、C磨煤機入口一次風測量系統(tǒng)表示值與標定值線性一致，可以用平均標定系數(shù)修正初始流速系數(shù)，經(jīng)修正改造后，風量測量系統(tǒng)測量結(jié)果準確、可靠。

3 改造效果分析

用表1計算的平均標定系數(shù)乘以A磨煤機前一次風量測量標盤值得到修正后的一次風量測量值，然后計算出修正后的A磨煤機前一次風量測量誤差，如表3所示。所有標定工況下，修正后的測量誤差值均小于5%，達到了設(shè)計要求。

表3 修正后的A磨煤機前一次風量測量值與標定試驗值誤差

用表2計算的平均標定系數(shù)乘以C磨煤機前一次風量測量標盤值得到修正后的一次風量測量值，然后計算出修正后的C磨煤機前一次風量測量誤差，如表4所示。所有標定工況下，修正后的測量誤差值均小于5%，達到了設(shè)計要求。

表4 修正后的C磨前一次風量測量值與標定試驗值誤差

風量測量隨調(diào)節(jié)風門響應(yīng)的變化曲線如圖6所示。

4結(jié) 語

由圖6可知，兩套多點等截面型全截面風量測量系統(tǒng)投入運行后，均未發(fā)生過堵塞現(xiàn)象，風量顯示穩(wěn)定，跟隨風門調(diào)節(jié)變化響應(yīng)及時，調(diào)節(jié)線性好，大大提高了機組的自動投入率，有效地保證了磨煤機系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行。通過對兩套風量測量系統(tǒng)試用和標定試驗，證實了多點等截面型全截面風量測量系統(tǒng)測量的穩(wěn)定性和可靠性，可精確測量燃煤鍋爐直吹式制粉系統(tǒng)的風量，并可用于制粉系統(tǒng)的自動化優(yōu)化研究。

圖6 A磨煤機一次風量測量值與調(diào)節(jié)風門變化曲線